JP2020051619A - Device and method for filling pressurized gas tanks - Google Patents

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Abstract

To provide a device for filling vehicle pressurized hydrogen tanks.SOLUTION: A device (1) comprises: a liquefied gas source (2); a transfer circuit comprising two parallel transfer lines each having an upstream end (3) linked to the liquefied gas source; and at least two separate downstream ends (4) intended to be each removably connected to a tank (22) to be filled. Each of the two transfer lines comprises: a pump (5); a unit (6) for evaporating pumped fluid; a branch (13) for bypassing the evaporating unit; and a set of distribution valves (7, 8) configured to control the flow of fluid pumped and distributed between the evaporating unit and the bypassing branch. The device further comprises a set of buffer storages (9, 10) which are connected in parallel to each of the two transfer lines via the set of valves.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、加圧ガスタンクを充填するための装置に関する。   The present invention relates to an apparatus for filling a pressurized gas tank.

より具体的には、本発明は、加圧ガスタンクを、具体的には、車両加圧水素タンクを充填するための装置に関し、本装置は、液化ガス源と、それぞれが液化ガス源にリンクされている上流端を有する2本の並行移送ラインを備える移送回路を備え、各移送ラインは、充填されるべきタンクに取り外し可能に接続されるように意図されている下流端を備えている。   More specifically, the present invention relates to an apparatus for filling a pressurized gas tank, specifically a vehicle pressurized hydrogen tank, wherein the apparatus comprises a liquefied gas source and each linked to a liquefied gas source. A transfer circuit comprising two parallel transfer lines having upstream ends, each transfer line having a downstream end intended to be removably connected to the tank to be filled.

液体水素源を使用する水素ガス燃料補給ステーションは、既知である。これらの既知の装置は、充填の間、タンク中のガスの温度を過度に増加させることなく、急速な充填のために、事前に冷却された加圧ガスを生成するための液体水素からの冷気を使用することを可能にする。   Hydrogen gas refueling stations that use a liquid hydrogen source are known. These known devices use cold air from liquid hydrogen to produce a pre-cooled pressurized gas for rapid filling, without excessively increasing the temperature of the gas in the tank during filling. To be able to use.

例えば、US5934081、または、V Raman、D.Farese、および、J Hanselによる「燃料セルバスのための急速充填水素燃料ステーション」(第12回世界エネルギー会議 水素エネルギーの向上2 p.1629−1642)を参照する。D.E.Daney他による論文「水素車両燃料ステーション」(低温工学における進化 第41巻、1996)も参照する。   See, for example, US Pat. See Faste and J Hansel, "Quick Fill Hydrogen Fuel Station for Fuel Cell Buses" (12th World Energy Congress, Enhancing Hydrogen Energy 2 p. 1629-1642). D. E. FIG. Reference is also made to the paper by Danney et al., "Hydrogen Vehicle Fuel Stations" (Evolution in Cryogenics Vol. 41, 1996).

これらの既知の配置は、設備の十分な性能もそのモジュール方式も保証することを可能にはしない。   These known arrangements do not make it possible to guarantee both the sufficient performance of the installation and its modularity.

本発明の目的は、上述した先行技術の不利益のうちのすべてまたはそのいくつかを克服することである。   It is an object of the present invention to overcome all or some of the disadvantages of the prior art described above.

この目的のために、本発明にしたがう、さらには、上記序文によって与えられた一般的定義にしたがう装置は、本質的に、2本の移送ラインのそれぞれが、ポンプと、送り出される流体を蒸発させるためのユニットと、蒸発ユニットをバイパスするためのブランチと、送り出され、蒸発ユニットとバイパスブランチとの間で分配される流体の流れを制御するように構成されている分配弁のセットとを備え、装置は、バッファ貯蔵装置のセットをさらに備え、バッファ貯蔵装置は、弁のセットを介して2本の移送ラインのそれぞれに並行で接続されることを特徴とする。   For this purpose, the device according to the invention, and also according to the general definition given by the above preamble, consists essentially of two transfer lines each comprising a pump and an evaporating fluid to be pumped. A unit for bypassing the evaporation unit, and a set of distribution valves configured to control the flow of fluid delivered and distributed between the evaporation unit and the bypass branch, The apparatus further comprises a set of buffer storage devices, wherein the buffer storage devices are connected in parallel to each of the two transfer lines via a set of valves.

さらに、本発明の実施形態は、以下の特徴のうちの1つ以上を含むことができる:
−バッファ貯蔵装置のセットは、蒸発ユニットと、蒸発ユニットを通過する流体およびバイパスブランチを通過する流体の間の混合のポイントとの間で各移送ラインに接続される、
−バッファ貯蔵装置のセットは、それぞれの膨張弁を介して各移送ラインに接続される、
−各移送ラインの分配弁のセットは、蒸発ユニットの下流とバイパスブランチを通過する流体との混合のポイントの上流とに位置付けられている第1の分配弁を備え、分配弁のセットは、バイパスブランチ中に第2の分配弁を備える、
−バッファ貯蔵装置のセットは、各移送ラインに並行して接続されている2つ以上のバッファ貯蔵装置を備え、各バッファ貯蔵装置は、それぞれの分離弁を介して各移送ラインに接続される、
−移送回路は、2つのポンプの出口に2本の移送ラインをリンクさせる接続ダクトを備え、前記接続ダクトは、分離弁を備える、
−2本の移送ラインは、少なくとも1つの熱的に絶縁された部分を備える、
−2本の移送ラインは、特に、下流端に近接して、圧力と温度それぞれを測定する、少なくとも1つの圧力センサおよび/または少なくとも1つの温度センサを備える、
−充填動作の少なくとも一部分の間、特に、定められたガス流量がポンプの最大流量よりも小さいまたは等しいとき、
タンクに移送されるガス流量は、ポンプによって提供され、蒸発ユニットとバイパスブランチとの間で分配される、ガス流量だけから形成される、
−タンクを充填するために定められた流量は、0と100g/秒の間で、特に10と60g/秒の間で可変である、
−ポンプは、可変スピードポンプであり、充填の間タンクに移送されるガス流量は、ポンプのスピードと、場合によってはバッファ貯蔵装置のセットによって提供されるガスの量とを制御することによって制御される、
−充填の間にタンクに移送される加圧ガス温度は、蒸発ユニットを通過する比較的高温のガスとバイパスブランチを通過する比較的低温のガスとの間の相対分配を、場合によっては、バッファ貯蔵装置のセットから到来する比較的高温のガスの量を管理することによって制御される、
−バッファ貯蔵装置のセットによって提供される追加のガス流量は、移送ラインの下流端で測定される圧力信号に応答して制御される、
−バッファ貯蔵装置のセットは、各移送ラインに並行して接続されているいくつかのバッファ貯蔵装置を備え、移送ラインにガスを提供するために、カスケードプロセスにしたがって連続して使用される。
Further, embodiments of the invention can include one or more of the following features:
A set of buffer storage devices is connected to each transfer line between the evaporation unit and a point of mixing between the fluid passing through the evaporation unit and the fluid passing through the bypass branch,
A set of buffer storage devices is connected to each transfer line via a respective expansion valve,
The set of distribution valves of each transfer line comprises a first distribution valve located downstream of the evaporation unit and upstream of the point of mixing with the fluid passing through the bypass branch, the set of distribution valves comprising: Providing a second distribution valve in the branch;
The set of buffer storage devices comprises two or more buffer storage devices connected in parallel to each transfer line, each buffer storage device being connected to each transfer line via a respective separation valve;
The transfer circuit comprises a connection duct linking the two transfer lines to the outlets of the two pumps, said connection duct comprising a separation valve;
-The two transfer lines comprise at least one thermally insulated portion;
The two transfer lines comprise, in particular, at least one pressure sensor and / or at least one temperature sensor measuring the pressure and the temperature, respectively, in close proximity to the downstream end;
During at least part of the filling operation, in particular when the defined gas flow is less than or equal to the maximum flow of the pump;
The gas flow transferred to the tank is formed solely by the gas flow provided by the pump and distributed between the evaporation unit and the bypass branch,
The flow rate defined for filling the tank is variable between 0 and 100 g / sec, in particular between 10 and 60 g / sec;
The pump is a variable speed pump, the gas flow transferred to the tank during filling is controlled by controlling the speed of the pump and possibly the amount of gas provided by a set of buffer storage devices; ,
The temperature of the pressurized gas transferred to the tank during filling, the relative distribution between the relatively hot gas passing through the evaporation unit and the relatively cold gas passing through the bypass branch, and possibly the buffer Controlled by managing the amount of relatively hot gas coming from the set of storage devices,
The additional gas flow provided by the set of buffer storage devices is controlled in response to a pressure signal measured at the downstream end of the transfer line;
The set of buffer storage devices comprises a number of buffer storage devices connected in parallel to each transfer line and is used sequentially according to a cascade process to provide gas to the transfer lines.

本発明は、タンク中に充填決定勾配を確立するための定められた温度で定められたガス流量により少なくとも1つの加圧ガスタンクを充填する方法にも関し、方法は、上記のまたは以下の特徴のうちのいずれか1つにしたがう充填装置を使用する。   The present invention also relates to a method of filling at least one pressurized gas tank with a defined gas flow rate at a defined temperature to establish a fill determination gradient in the tank, the method comprising the above or following features. A filling device according to any one of them is used.

他の可能性のある特性にしたがうと:
−ガス流量は、可変であり、経時的に修正される、
−充填動作の少なくとも一部分の間、特に、定められたガス流量がポンプの最大流量よりも大きいとき、タンクに移送されるガス流量は、第1に、ポンプによって提供され、蒸発ユニットとバイパスブランチとの間で分配されるガス流量の、第2に、バッファ貯蔵装置のセットによって提供される追加のガス流量の、合計である、
−本方法は、1本の移送ラインからもう1本の移送ラインにガス流を移送することにより、2本の移送ラインのポンプによって提供されるガス流の合計を備えるガス流で、タンクを充填するステップを含む、
−本方法は、タンクを充填するより前に、または、充填することを開始するとき、蒸発ユニットを通過する比較的高温のガスとバイパスブランチを通過する比較的低温のガスとの間の相対分配を、場合によっては、バッファ貯蔵装置のセットから到来する比較的高温のガスの量を管理することによって制御される定められた温度でのガスの移送を備える前記移送ラインを冷却するステップを備える、
−前記移送ラインを冷却するステップは、蒸発ユニットとバイパスブランチとの間の分配弁の開口を、場合によっては、「開ループ」(「正方向送り」)タイプ制御にしたがって、および/または、移送ラインにおいて測定された温度に基づいた制御ループにしたがって、バッファ貯蔵装置のセットによって提供される追加のガス流量を制御することによって実行される、
−前記移送ラインを冷却するステップは、外側に向けて、または、冷却される移送ライン中で制御される定められた温度で移送されるガスを戻すためのユニットに向けて、流すステップを備える。
According to other possible properties:
Gas flow is variable and modified over time,
During at least a part of the filling operation, in particular when the defined gas flow is greater than the maximum flow of the pump, the gas flow transferred to the tank is firstly provided by the pump and the evaporation unit and the bypass branch And secondly, the sum of the additional gas flows provided by the set of buffer storage devices.
The method fills the tank with a gas flow comprising the sum of the gas flows provided by the pumps of the two transfer lines by transferring the gas flow from one transfer line to another; Including the step of
The method comprises a relative distribution between a relatively hot gas passing through the evaporation unit and a relatively cold gas passing through the bypass branch before or when filling is started. Cooling the transfer line, optionally comprising the transfer of gas at a defined temperature controlled by managing the amount of relatively hot gas coming from the set of buffer storage devices.
The step of cooling the transfer line comprises opening the distribution valve opening between the evaporation unit and the bypass branch, possibly according to an “open loop” (“forward feed”) type control and / or transferring Performed by controlling the additional gas flow provided by the set of buffer storage devices according to a control loop based on the temperature measured in the line;
The step of cooling the transfer line comprises flowing outward or to a unit for returning gas transferred at a defined temperature controlled in the transfer line to be cooled;

本発明は、特許請求の範囲内の上記または下記特徴の任意の組合せを備える任意の代替装置または方法に関することもできる。   The invention may also relate to any alternative device or method comprising any combination of the above or below features within the scope of the claims.

他の特徴および利点は、図を参照して以下の説明を読むと明らかになるであろう。   Other features and advantages will become apparent from reading the following description with reference to the drawings.

図1は、本発明にしたがった例示的な装置の構造と動作例とを図示した概略および部分図を示している。FIG. 1 shows a schematic and partial view illustrating the structure and an example of operation of an exemplary device according to the present invention. 図2は、本発明にしたがった可能性ある充填の例にしたがった、パラメータの進展のグラフを示している。FIG. 2 shows a graph of the evolution of parameters according to an example of a possible filling according to the invention.

詳細な説明Detailed description

図1中に示されている加圧ガスタンク(特に、車両加圧ガス水素タンク)を充填するための装置1は、液化ガス源2を備えている。液化ガス源は、例えば、少なくとも真空断熱液化ガス貯蔵装置および/または液化ガス源(液化機または他の何らかの適切な装置)を備えている。   An apparatus 1 for filling a pressurized gas tank (particularly a vehicle pressurized gas hydrogen tank) shown in FIG. 1 includes a liquefied gas source 2. The liquefied gas source comprises, for example, at least a vacuum adiabatic liquefied gas storage device and / or a liquefied gas source (liquefier or any other suitable device).

ガスが水素(H2)であるケースでは、簡略化のために、流体の状態は、習慣的に使用される用語「ガス」または「流体」によって表されるだろうが、後者は、流体の圧力に依存して、実際には超臨界流体になるであろうことに留意すべきである。   In the case where the gas is hydrogen (H2), for simplicity, the state of the fluid will be described by the customary term "gas" or "fluid", the latter being the pressure of the fluid It should be noted that, depending on, it will actually be a supercritical fluid.

装置1は、2本の流体移送並行ラインを備える移送回路3を備えており、それぞれは、液化ガス源2から液化ガスを引くために、液化ガス源2にリンクされている上流端3を有している。各移送ラインは、(必要な場合、例えば、適切な急速コネクタおよびフラップが提供される柔軟部分を介して)充填されるタンク22に取り外し可能にそれぞれが接続されるように意図される下流端4をそれぞれ有している。   The apparatus 1 comprises a transfer circuit 3 comprising two parallel fluid transfer lines, each having an upstream end 3 linked to a liquefied gas source 2 for drawing liquefied gas from the liquefied gas source 2. doing. Each transfer line has a downstream end 4 intended to be removably connected to a tank 22 to be filled (if necessary, for example, via a flexible part provided with suitable quick connectors and flaps). Respectively.

図1の例は、2本の移送ラインを有しているが、2本より多くの移送ラインを有することができることに留意すべきである。   Although the example of FIG. 1 has two transfer lines, it should be noted that there can be more than two transfer lines.

2本の移送ラインのそれぞれは、ポンプ5、送り出される流体を蒸発させるための蒸発ユニット6、蒸発ユニット6を選択的にバイパスするためのバイパスブランチ13を備えている。   Each of the two transfer lines includes a pump 5, an evaporation unit 6 for evaporating the fluid to be sent out, and a bypass branch 13 for selectively bypassing the evaporation unit 6.

さらに、ラインそれぞれは、送り出され、蒸発ユニット6(流体が加熱され、蒸発し、したがって、比較的より高温であり、比較的高い圧力である)とバイパスブランチ13(ポンプ5から出るとき、流体は実質的に熱力学的状態であり、したがって、比較的低温である)との間で分配される流体の流れを制御するように構成されている分配弁7、8のセットを備えている。   In addition, each line is pumped out, the evaporating unit 6 (where the fluid is heated and evaporated, and therefore relatively hot and at a relatively high pressure) and the bypass branch 13 (when leaving the pump 5 the fluid is (Which is substantially thermodynamic and therefore relatively cool) comprises a set of distribution valves 7, 8 configured to control the flow of fluid distributed between them.

蒸発ユニット6の下流では、2つの並行な部分は、2つの比較的高温および低温の流体を混合するポイントで会う。   Downstream of the evaporation unit 6, the two parallel parts meet at a point where the two relatively hot and cold fluids mix.

各移送ラインの分配弁7、8のセットは、例えば、好ましくは蒸発ユニット6の下流と、バイパスブランチ13を通過する流体との混合のポイントの上流に位置付けられている第1の分配弁7を備えている。分配弁7、8のセットは、バイパスブランチ13中(混合のポイントの上流)に第2の分配弁8をさらに備えることができる。   The set of distribution valves 7, 8 in each transfer line is, for example, a first distribution valve 7, which is preferably located downstream of the evaporating unit 6 and upstream of the point of mixing with the fluid passing through the bypass branch 13. Have. The set of distribution valves 7, 8 may further comprise a second distribution valve 8 in the bypass branch 13 (upstream of the point of mixing).

もちろん、他の何らかの分配システムを、特に、3方向弁システムを想定できる。   Of course, any other distribution system can be envisaged, in particular a three-way valve system.

分配弁7は、加熱ユニット6の下流と混合のポイントの上流に位置付けられていることから、これは、周囲温度(非低温)で作動する弁を使用することを可能にし、これは、比較的低い流量を管理する。これは、設備の信頼性を増加させ、そのコストを限定する。   Since the distribution valve 7 is positioned downstream of the heating unit 6 and upstream of the point of mixing, this makes it possible to use a valve operating at ambient temperature (non-cold), which is relatively Manage low flow rates. This increases the reliability of the equipment and limits its cost.

回路は、各移送ラインにおいて、好ましくは、ポンプ5の出口と蒸発およびバイパスブランチの前との間に位置付けられている上流弁23も備えている。   The circuit also comprises an upstream valve 23 located in each transfer line, preferably between the outlet of the pump 5 and before the evaporation and bypass branch.

従来、充填器の出口(端4)の流体の温度を、例えば、特に−33℃と−40℃との間で定められた温度に維持するために、この混合を介して、制御することもできる。   Conventionally, it is also possible to control the temperature of the fluid at the outlet (end 4) of the filler, for example via this mixing, in order to maintain a defined temperature, in particular between -33 ° C and -40 ° C it can.

これは、後者で加熱することを制限している間、タンク22を充填するために提供される定められた圧力および温度でガス流を得ることを可能にする。   This makes it possible to obtain a gas stream at the defined pressure and temperature provided for filling the tank 22, while limiting heating in the latter.

蒸発ユニット6は、例えば、加熱源(空気または別の加熱要素)で液体水素の熱交換を提供する交換器を加熱する加熱器である。   Evaporation unit 6 is, for example, a heater that heats an exchanger that provides heat exchange of liquid hydrogen with a heating source (air or another heating element).

装置1は、それぞれの弁11−16のセットを介して、移送ラインのそれぞれに並行して接続されている1つ以上の加圧ガスバッファ貯蔵装置9、10をさらに備えている。   Apparatus 1 further comprises one or more pressurized gas buffer storage devices 9, 10 connected in parallel to each of the transfer lines via respective sets of valves 11-16.

各移送ラインに対して(タンク22を充填するための各移送ラインに対して)ポンプ5を提供するこの構成は、既知のシステムに関して多くの利点を有している。これは、ステーションの完全なモジュール方式(いくつかの可能な同時の充填動作、別のラインの性能に影響を及ぼすことなく、移送ラインを追加または除去する可能性等)を可能にする。   This configuration of providing a pump 5 for each transfer line (for each transfer line for filling the tank 22) has many advantages over known systems. This allows the station to be completely modular (some possible simultaneous filling operations, the possibility of adding or removing transfer lines without affecting the performance of another line, etc.).

さらに、この解決法は、装置の性能を向上させる。実際に、この配置にしたがうと、移送ラインのそれぞれのポンプ5は、したがって、特に、低い圧力で、より良い容量とエネルギー効率を有する。   Furthermore, this solution improves the performance of the device. Indeed, according to this arrangement, each pump 5 of the transfer line therefore has better capacity and energy efficiency, especially at low pressures.

実際に、移送ライン毎の専用の1つのポンプ5(「ディスペンサー」)は、性能損失、ポンプ5の損耗、ジュールトムソン膨張損失を限定させることにより、充填されるタンク22によって必要とされる圧力で水素を提供することを可能にする。   Indeed, one dedicated pump 5 ("dispenser") per transfer line can reduce the performance loss, pump 5 wear, and Joule-Thomson expansion loss at the pressure required by the tank 22 being filled. Allows to provide hydrogen.

したがって、(単一のポンプが直接バッファ貯蔵装置に接続され、いくつかの移送ラインに対して使用されるとき、700と900バールとの間の範囲の代わりに)200バールと900バールとの間の比較的低い圧力でその最良のエネルギーおよび容量効率を提供する使用のエリアで、各ポンプ5を完全に使用することができる。本発明によって可能にされるこのような低圧動作は、ポンプのエネルギー消費を50%も低減させることが可能である。   Thus, between 200 and 900 bar (instead of a range between 700 and 900 bar when a single pump is directly connected to the buffer storage and used for several transfer lines) Each pump 5 can be fully used in areas of use that provide its best energy and capacity efficiency at relatively low pressures. Such low pressure operation enabled by the present invention can reduce the energy consumption of the pump by as much as 50%.

図1中に図示しているように、バッファ貯蔵装置9、10は、好ましくは、蒸発ユニット6と、蒸発ユニット6を通過する流体およびバイパスブランチ13を通過する流体の間の混合ポイントとの間の各移送ラインに接続されている。   As shown in FIG. 1, the buffer storage devices 9, 10 are preferably arranged between the evaporation unit 6 and a mixing point between the fluid passing through the evaporation unit 6 and the fluid passing through the bypass branch 13. Connected to each transfer line.

例えば、バッファ貯蔵装置9、10は、それぞれの膨張弁15、16を介して各移送ラインに並行で接続されることができる。さらに、各バッファ貯蔵装置9、10は、貯蔵装置9、10の入口/出口と各膨張弁15、16との間に位置付けられているそれぞれの分離弁11、12を備えることができる。   For example, a buffer storage device 9, 10 can be connected in parallel to each transfer line via a respective expansion valve 15, 16. In addition, each buffer storage device 9,10 can comprise a respective isolation valve 11,12 located between the inlet / outlet of the storage device 9,10 and each expansion valve 15,16.

各ディスペンサ移送ラインに対して離されるこれらの貯蔵装置分離弁11、12、25、14は、移送ラインを独立して保持している間、バッファ貯蔵装置を共有することを可能にする。   These storage device isolation valves 11, 12, 25, 14, which are separated for each dispenser transfer line, allow the buffer storage to be shared while maintaining the transfer lines independently.

図1中に示すように、移送回路3は、ポンプ5の出口において2本(またはそれ以上)の移送ラインをリンクする少なくとも1つの接続ダクト17を有利に備えることができる。接続ダクト17は、例えば、分離弁18を備えている。この接続ダクトとその弁18は、適用可能な場合、必要とされるとき(例えば、大きなタンクに充填するときおよび/またはポンプが故障したとき)、送り出される流れを共有(追加)することを可能にする。   As shown in FIG. 1, the transfer circuit 3 can advantageously comprise at least one connection duct 17 linking two (or more) transfer lines at the outlet of the pump 5. The connection duct 17 includes, for example, a separation valve 18. This connection duct and its valve 18 allow, where applicable, to share (add) the outgoing flow when needed (eg when filling large tanks and / or when the pump fails). To

図1中のダイヤグラムに示すように、各移送ラインの少なくとも一部分19は、熱的に絶縁されることができる(必ずしも真空下および/または冷却下でない)。さらに、各ラインは、特に、タンク22に接続するために下流端に近接して、そこの圧力/温度を測定する、少なくとも1つの圧力センサ20および/または少なくとも1つの温度センサ21を備えることができる。   As shown in the diagram in FIG. 1, at least a portion 19 of each transfer line can be thermally insulated (not necessarily under vacuum and / or cooling). Furthermore, each line may comprise at least one pressure sensor 20 and / or at least one temperature sensor 21 for measuring the pressure / temperature there, especially near the downstream end for connection to the tank 22. it can.

弁のすべてまたはそのいくつかは、例えば、データ獲得、保管、および、処理システムが設けられた、マイクロプロセッサおよび/またはコンピュータを備える電子制御装置24によって管理される弁であることがある。データを獲得し、これらのユニットを制御して管理するために、制御装置24は、センサ、および、装置のさまざまな他のユニット(特にポンプ5)にリンクされることができる。   All or some of the valves may be, for example, valves managed by an electronic controller 24 comprising a microprocessor and / or computer provided with a data acquisition, storage and processing system. To acquire data and control and manage these units, the controller 24 can be linked to sensors and various other units of the device (in particular the pump 5).

図2中に図示したように、限定しない例として、タンクの充填は、好ましくは、(事前に)規定された勾配充填にしたがって生成される。例えば、ポンプ5と弁のセットは、例えば、主に線形で、タンク中の定められた圧力増加スピード(P22=タンク中の圧力)を提供するように管理される。例えば、移送ダクト4で測定される(そしてタンク22中の圧力P22を表す)圧力P4は、経時的に線形で増加するように制御される。これは、経時的Tに容器22中の量M22を制御することによって取得でき、したがって、ガスの流量Qは経時的に移送される。この流量は、充填状況(量、タンクの容量、温度等)にしたがって規定される。   As illustrated in FIG. 2, by way of non-limiting example, the filling of the tank is preferably generated according to a (pre-) defined gradient filling. For example, a set of pumps 5 and valves is managed, for example, to provide a pre-determined pressure increase rate in the tank (P22 = pressure in the tank), which is mainly linear. For example, the pressure P4 measured in the transfer duct 4 (and representing the pressure P22 in the tank 22) is controlled to increase linearly over time. This can be obtained by controlling the amount M22 in the container 22 over time T, so that the gas flow Q is transferred over time. This flow rate is defined according to the filling state (amount, tank capacity, temperature, etc.).

必要とされるガス流量の移送は、ポンプ5によって提供されることができ、場合によっては、バッファ貯蔵装置9、10によって提供される追加のガス流量によって捕足されることができる。   The transfer of the required gas flow can be provided by the pump 5 and, in some cases, can be captured by the additional gas flow provided by the buffer storage devices 9,10.

通常の充填ケースでは、タンクは、例えば、充填プロトコルによって規定された充填勾配にしたがって、数分(例えば、3分)後に15℃の周囲温度で、水素の5〜7kgで充填されなければならない。   In a typical filling case, the tank must be filled with 5-7 kg of hydrogen at an ambient temperature of 15 [deg.] C after a few minutes (e.g. 3 minutes), e.g. according to the filling gradient defined by the filling protocol.

例えば、充填の開始において、ポンプ5は、単独で車両を充填するために必要な流量を提供するのに十分であることができる。圧力勾配に依存して、この流量は、充填の開始からの0から、ポンプの最大流量まで増加する。   For example, at the start of filling, the pump 5 may be sufficient to provide the required flow rate to fill the vehicle alone. Depending on the pressure gradient, this flow increases from zero from the start of filling to the maximum flow of the pump.

圧力勾配は、例えば、ポンプ5のスピードを変調することによって、管理(取得)される。ポンプ5によって提供される圧力は、充填されるタンク22によって移送ラインの端で必要とされる圧力である。この圧力は、タンク22の初期圧力に応じて、典型的におおよそ50から300バールであることができる。   The pressure gradient is managed (acquired) by, for example, modulating the speed of the pump 5. The pressure provided by the pump 5 is the pressure required at the end of the transfer line by the tank 22 to be filled. This pressure can typically be around 50 to 300 bar, depending on the initial pressure of the tank 22.

水素は、加熱された蒸発ユニット6を介して通過する一方で、ポンプ5からその出口温度で極低温水素をバイパスブランチ13が移送することを可能にする。   The hydrogen passes through the heated evaporation unit 6 while allowing the bypass branch 13 to transfer cryogenic hydrogen from the pump 5 at its outlet temperature.

下流端4でターゲットガス温度に達するために、2つの弁7、8の開口は、適切な分配に達するように管理されることができる。   To reach the target gas temperature at the downstream end 4, the openings of the two valves 7, 8 can be managed to reach a proper distribution.

ラインが高温すぎる(測定される温度21がターゲット温度を上回る)場合、特に、「高温」側の弁7は、完全に閉じられることができ、「低温」側の弁8は、例えば、ラインを冷却するための100%低温の流量を可能にするために、完全に開かれることができる。   If the line is too hot (measured temperature 21 exceeds the target temperature), in particular, the valve 7 on the “hot” side can be completely closed and the valve 8 on the “cold” side, for example, It can be fully opened to allow a 100% cold flow rate for cooling.

ラインが低温すぎる場合、低温流量/高温流量の比は、例えば、ポンプ5のおよび/または周囲温度の性能に応じて、30%と50%の間で弁7、8によって調整されることができる。   If the line is too cold, the cold flow / hot flow ratio can be adjusted by valves 7, 8 between 30% and 50%, for example, depending on the performance of the pump 5 and / or ambient temperature. .

タンク22が充填されると、充填流量は、増加することができ、特に、ポンプ5の容積を超えることがある。   When the tank 22 is filled, the filling flow rate can be increased, and in particular can exceed the volume of the pump 5.

制御装置は、ターゲット圧力に関してラインにおける圧力の欠如を検出すること20ができ、これを克服するために、バッファ貯蔵装置の弁11、15を開くことができる。   The controller can detect 20 the lack of pressure in the line with respect to the target pressure, and can open the valves 11, 15 of the buffer storage device to overcome this.

これは、ポンプの流量の制御を意味し、バッファ貯蔵装置によって提供される流量は、(特に、下流端における)移送ラインで測定される圧力セットポイントを提供するために制御されることができる。   This means controlling the flow rate of the pump, and the flow rate provided by the buffer storage device can be controlled to provide a pressure set point measured at the transfer line (particularly at the downstream end).

この構成において、ポンプ5は、その最大流量(最大スピード)になることができ、圧力勾配は、膨張弁15によって管理される。   In this configuration, the pump 5 can be at its maximum flow (maximum speed) and the pressure gradient is managed by the expansion valve 15.

(移送ラインにおける圧力のような)ポンプ5によって提供される圧力は、充填限界圧(例えば、700から850バール)に達するまで増加する。適用可能な場合、貯蔵装置9、10は、カスケードとして使用されることができる(貯蔵装置に関係付けられている弁11、12;25、14は、1つの貯蔵装置からもう1つへの切り替えを可能にする)。   The pressure provided by the pump 5 (such as the pressure in the transfer line) increases until a filling pressure limit (for example 700 to 850 bar) is reached. Where applicable, the storage devices 9, 10 can be used as a cascade (the valves 11, 12; 25, 14 associated with the storage devices switch from one storage device to another) To allow).

バッファ貯蔵装置9、10によって提供される水素は、対応する弁15、16で膨張した後、ポンプ5から到来する流量と合わさる。弁7、8は、提供されるガスの温度を常に制御する。   The hydrogen provided by the buffer storage devices 9, 10 is matched with the flow coming from the pump 5 after expansion at the corresponding valves 15, 16. Valves 7 and 8 constantly control the temperature of the provided gas.

この第2の充填段階で提供される流量は、より大きく、例えば、おおよそ25−45g/sであり、例えば、ピークに60g/sに達することができる。   The flow rate provided in this second filling stage may be higher, for example, approximately 25-45 g / s, for example, reaching a peak of 60 g / s.

バッファ貯蔵装置9、10によって提供される高温ガス流量はまた、可変であり、大きく、ポンプ5によって提供される低温ガスと高温ガスとの間の比は、充填の開始の間よりも大きい。この比は、充填総流量に依存して、例えば、30%と100%の間で変化することができる。   The hot gas flow provided by the buffer storage devices 9, 10 is also variable and large, and the ratio between the cold gas and the hot gas provided by the pump 5 is greater than during the start of filling. This ratio can vary, for example, between 30% and 100%, depending on the total filling flow rate.

充填が終了したとき、貯蔵装置9、10をその公称圧力まで充填するためにポンプ5を使用できる。送り出される水素のすべては、貯蔵圧力(中間圧力バッファ貯蔵装置に対して400−500バール、高圧力バッファ貯蔵装置に対して700−1000バール)まで加熱できる。   When filling is completed, the pump 5 can be used to fill the storage devices 9, 10 to its nominal pressure. All of the pumped hydrogen can be heated to the storage pressure (400-500 bar for medium pressure buffer storage, 700-1000 bar for high pressure buffer storage).

あるケースでは、充填は、低い流量のみを必要とし、これは、ポンプ5によって完全に提供されるように十分低い(例えば、4kgの水素より少ない容積を有する小さなタンク)。周囲温度が(極めて)高い、例えば、30℃または40℃を上回るとき、低流量充填を提供することもできる。   In some cases, filling requires only a low flow rate, which is low enough to be completely provided by the pump 5 (eg a small tank with a volume less than 4 kg of hydrogen). When the ambient temperature is (extremely) high, for example above 30 ° C. or 40 ° C., a low flow filling can also be provided.

このケースでは、膨張弁15、16は、充填の間、閉じたままであることができる。圧力勾配は、ポンプ5のスピードによって完全に管理できる。低温流量/高温流量の比は、対応する弁7、8によって調整され、上記で説明したようにラインを冷却することを除き、例えば、30%と50%の間で変化することができる。   In this case, the expansion valves 15, 16 can remain closed during filling. The pressure gradient can be completely controlled by the speed of the pump 5. The cold flow / hot flow ratio is regulated by corresponding valves 7, 8 and can vary, for example, between 30% and 50%, except for cooling the line as described above.

(10kgの水素より多くを貯蔵するバスタンクのような)大きなタンク22を充填するのに必要とされる高い流量のケースでは、必要とされる流量と必要な冷却力は、比較的大きい。このような急速な充填は、移送ラインにおいて高充填流量を提供することにより、常に可能である。これは、2つのポンプ5を使用し、適切な弁を制御し、特に、接続ダクト17の弁18を開くことによって達成できる。   In the case of the high flow rate required to fill a large tank 22 (such as a bath tank storing more than 10 kg of hydrogen), the required flow rate and the required cooling power are relatively large. Such rapid filling is always possible by providing a high filling flow rate in the transfer line. This can be achieved by using two pumps 5 and controlling the appropriate valves, in particular by opening the valve 18 of the connecting duct 17.

したがって、このレイアウトは、移送ラインの容積を倍にし、ステーション1に使用の際の柔軟性を提供する。   Thus, this layout doubles the volume of the transfer line and provides the station 1 with flexibility in use.

上記で述べたように、この配置は、移送ラインの効果的な冷却も可能にする。   As mentioned above, this arrangement also allows for effective cooling of the transfer line.

実際に、長期にわたる待機時間の後、移送ラインを加熱できる。冷却は、先行技術からのステーション上で問題をもたらすことがある。   In fact, after a long waiting time, the transfer line can be heated. Cooling can cause problems on stations from the prior art.

提案した構成にしたがうと、移送ラインは、いくつかの方法で容易に冷却できる。   According to the proposed arrangement, the transfer line can be easily cooled in several ways.

例えば、充填のまさに開始において、低温流体をタンク22に移送することにより、いわゆる「直接」冷却を使用して、ラインを冷却できる。実際に、充填の開始において、公差時間ウインドウ(おおよそ30秒であることが多い)があることがあり、その間、タンク22は、十分に冷却されていない(ターゲット温度を上回る)ガスで充填されることがある。移送ラインが十分に短い(例えば、30または20メートル未満)場合、ポンプ5の出口における極低温水素は、公差ウインドウ(tolerance window)の間ラインを冷却した後、タンク22に直接送られることができる。   For example, at the very beginning of the fill, the line can be cooled using so-called "direct" cooling by transferring the cryogenic fluid to the tank 22. In fact, at the beginning of the filling, there may be a tolerance time window (often around 30 seconds), during which the tank 22 is filled with a gas that is not sufficiently cooled (above the target temperature). Sometimes. If the transfer line is short enough (eg less than 30 or 20 meters), the cryogenic hydrogen at the outlet of pump 5 can be sent directly to tank 22 after cooling the line during a tolerance window. .

ラインの温度の温度制御は、開ループ(「フィードフォワード」)タイプの補正を使用して、または、ラインの測定された温度21(例えば、ライン中のガスの温度)に応じて「カスケードで」達成することができる。これは、特に、弁7、8に対する開口セットポイントが、自動的に下流で測定された温度の値に制御されるまたは強いられることを意味する。   Temperature control of the temperature of the line may be performed using an open loop ("feed forward") type of correction or "cascaded" in response to the measured temperature 21 of the line (eg, the temperature of the gas in the line). Can be achieved. This means, in particular, that the opening set points for the valves 7, 8 are automatically controlled or forced to the value of the temperature measured downstream.

別の可能性ある冷却モード(「いわゆる低温フラッシング」)にしたがうと、ラインがタンク22を充填するために使用されない専用冷却ガス流によって冷却されることができる。   According to another possible cooling mode (“so-called cold flushing”), the line can be cooled by a dedicated cooling gas stream that is not used to fill the tank 22.

実際に、「直接冷却」は、より長い移送ラインに対して不十分であることが判明することがある。その後、フラッシングラインを追加することが予想できる。したがって、タンク22を充填する前に、ラインは、ポンプ5によって提供され、(簡略化のために示していない)フラッシングラインによってバッファ貯蔵装置9、10に送り戻される低温水素で流されることができる。   In fact, "direct cooling" may prove insufficient for longer transfer lines. Thereafter, it can be expected that a flushing line will be added. Thus, before filling the tank 22, the line can be flushed with cold hydrogen provided by the pump 5 and sent back to the buffer storage units 9, 10 by a flushing line (not shown for simplicity). .

このフラッシング段階は、いったんタンクが移送ラインの下流端に接続されると、実際の充填の前にユーザがインタフェースを動作する間、実行されることができる。これは、クライアント/ユーザ/車両の到着を検出することによって、前もって実行されることすらできる。このフラッシング段階は、ラインの長さと周囲温度に依存して、数十秒必要とすることがある。   This flushing step can be performed once the tank is connected to the downstream end of the transfer line, while the user operates the interface before the actual filling. This can even be done in advance by detecting the arrival of the client / user / vehicle. This flushing step may require tens of seconds, depending on the length of the line and the ambient temperature.

Claims (16)

加圧ガスタンク、特に車両加圧水素タンクを充填するための充填装置であって、
前記充填装置は、
液化ガス源(2)と、
それぞれが前記液化ガス源(2)にリンクされている上流端(3)を有する2本の並行移送ラインを備える移送回路(3)とを備え、
各移送ラインは、充填されるべきタンク(22)に取り外し可能に接続されるように意図されている下流端(4)を備え、
前記2本の並行移送ラインのそれぞれは、
ポンプ(5)と、
送り出される流体を蒸発させるための蒸発ユニット(6)と、
前記蒸発ユニット(6)をバイパスするためのバイパスブランチ(13)と、
送り出され、前記蒸発ユニット(6)と前記バイパスブランチ(13)との間で分配される流体の流れを制御するように構成されている分配弁(7、8)のセットとを備え、
前記充填装置(1)は、バッファ貯蔵装置(9、10)のセットをさらに備え、前記バッファ貯蔵装置は、弁(11〜16)のセットを介して前記2本の並行移送ラインのそれぞれに並行に接続される、充填装置。
A filling device for filling a pressurized gas tank, especially a vehicle pressurized hydrogen tank,
The filling device,
A liquefied gas source (2);
A transfer circuit (3) comprising two parallel transfer lines each having an upstream end (3) linked to said liquefied gas source (2);
Each transfer line comprises a downstream end (4) intended to be detachably connected to the tank (22) to be filled;
Each of the two parallel transfer lines is
A pump (5),
An evaporation unit (6) for evaporating the fluid to be sent out;
A bypass branch (13) for bypassing the evaporation unit (6);
A set of distribution valves (7, 8) configured to control the flow of fluid delivered and distributed between said evaporation unit (6) and said bypass branch (13);
The filling device (1) further comprises a set of buffer storage devices (9, 10), the buffer storage device being parallel to each of the two parallel transfer lines via a set of valves (11-16). Filling device connected to.
前記バッファ貯蔵装置(9、10)のセットは、前記蒸発ユニット(6)と、前記蒸発ユニット(6)を通過する流体および前記バイパスブランチ(13)を通過する流体の間の混合のポイントとの間で各移送ラインに接続されることを特徴とする、請求項1に記載の充填装置。   The set of buffer storage devices (9, 10) comprises the evaporating unit (6) and the point of mixing between the fluid passing through the evaporating unit (6) and the fluid passing through the bypass branch (13). The filling device according to claim 1, characterized in that it is connected to each transfer line between them. 前記バッファ貯蔵装置(9、10)のセットは、それぞれの膨張弁(15、16)を介して各移送ラインに接続されることを特徴とする、請求項1または2に記載の充填装置。   Filling device according to claim 1 or 2, characterized in that the set of buffer storage devices (9, 10) is connected to each transfer line via a respective expansion valve (15, 16). 各移送ラインの前記分配弁(7、8)のセットは、前記蒸発ユニット(6)の下流であり、前記バイパスブランチ(13)を通過した前記流体との混合のポイントの上流に位置付けられている第1の分配弁(7)を備え、
前記分配弁(7、8)のセットは、前記バイパスブランチ(13)中に第2の分配弁(8)を備えることを特徴とする、請求項1から3のうちのいずれか1項に記載の充填装置。
The set of distribution valves (7, 8) of each transfer line is located downstream of the evaporation unit (6) and upstream of the point of mixing with the fluid passing through the bypass branch (13). A first distribution valve (7),
The set of distribution valves (7, 8) comprises a second distribution valve (8) in the bypass branch (13). Filling equipment.
前記バッファ貯蔵装置(9、10)のセットは、各移送ラインに並行して接続されている2つ以上のバッファ貯蔵装置を備え、
各バッファ貯蔵装置(9、10)は、それぞれの分離弁(11、12)を介して各移送ラインに接続されることを特徴とする、請求項1から4のうちのいずれか1項に記載の充填装置。
The set of buffer storage devices (9, 10) comprises two or more buffer storage devices connected in parallel to each transfer line;
5. The device according to claim 1, wherein each buffer storage device is connected to a respective transfer line via a respective isolation valve. 6. Filling equipment.
前記移送回路(3)は、2つのポンプ(5)の出口に前記2本の並行移送ラインをリンクさせる接続ダクト(17)を備え、
前記接続ダクト(17)は、分離弁(18)を備えることを特徴とする、請求項1から5のうちのいずれか1項に記載の充填装置。
Said transfer circuit (3) comprises a connecting duct (17) linking said two parallel transfer lines to the outlets of two pumps (5);
Filling device according to one of the claims 1 to 5, characterized in that the connection duct (17) comprises a separation valve (18).
前記2本の並行移送ラインは、少なくとも1つの熱的に絶縁された部分(19)を備えることを特徴とする、請求項1から6のうちのいずれか1項に記載の充填装置。   The filling device according to any of the preceding claims, characterized in that the two parallel transfer lines comprise at least one thermally insulated part (19). 前記2本の並行移送ラインは、圧力と温度それぞれを測定する、少なくとも1つの圧力センサ(20)および/または少なくとも1つの温度センサ(21)を、特に、前記下流端(4)に近接して備えることを特徴とする、請求項1から7のうちのいずれか1項に記載の充填装置。   The two parallel transfer lines may include at least one pressure sensor (20) and / or at least one temperature sensor (21) for measuring pressure and temperature respectively, in particular close to the downstream end (4). The filling device according to claim 1, wherein the filling device is provided. タンクに定められた充填勾配で充填することを確立するために、定められた温度で定められたガス流量により少なくとも1つの加圧ガスタンクを充填する方法であって、
前記方法は、請求項1〜8のうちのいずれか1項に従う充填装置を使用する、充填方法。
A method of filling at least one pressurized gas tank with a defined gas flow rate at a defined temperature to establish filling of the tank with a defined fill gradient,
A filling method, wherein the method uses a filling device according to any one of claims 1 to 8.
前記ガス流量は、可変であり、経時的に変更されることを特徴とする、請求項9に記載の充填方法。   The filling method according to claim 9, wherein the gas flow rate is variable and changes over time. 充填動作の少なくとも一部分の間、特に、前記定められたガス流量が前記ポンプ(5)の最大流量よりも大きいとき、
前記タンクに移送される前記ガス流量は、第1の、前記ポンプ(5)によって提供され、前記蒸発ユニット(6)と前記バイパスブランチ(13)との間で分配されるガス流量と、第2の、前記バッファ貯蔵装置(9、10)のセットによって提供される追加のガス流量との合計であることを特徴とする、請求項9または10に記載の充填方法。
During at least a part of the filling operation, especially when the defined gas flow is greater than the maximum flow of the pump (5),
The gas flow transferred to the tank is provided by a first pump (5) and distributed between the evaporation unit (6) and the bypass branch (13); Method according to claim 9 or 10, characterized in that it is the sum of an additional gas flow rate provided by the set of buffer storage devices (9, 10).
充填動作の少なくとも一部分の間、特に、前記定められたガス流量が前記ポンプ(5)の最大流量よりも小さいか、又は等しいとき、
前記タンクに移送されるガス流量は、前記ポンプ(5)によって提供され、前記蒸発ユニット(6)と前記バイパスブランチ(13)との間に分配されるガス流量のみから形成されることを特徴とする、請求項9から11のうちのいずれか1項に記載の方法。
During at least a part of the filling operation, in particular when the defined gas flow rate is less than or equal to the maximum flow rate of the pump (5),
The gas flow transferred to the tank is provided only by the gas flow provided by the pump (5) and distributed between the evaporation unit (6) and the bypass branch (13). The method according to any one of claims 9 to 11, wherein
1本の移送ラインからもう1本の移送ラインにガス流を移送することにより、2本の移送ラインの前記ポンプ(5)によって提供されるガス流の合計を備えたガス流でタンクを充填するステップを含むことを特徴とする、請求項9から12のうちのいずれか1項に記載の方法。   Filling the tank with a gas stream with the sum of the gas flows provided by the pumps (5) of the two transfer lines by transferring the gas stream from one transfer line to another. 13. The method according to any one of claims 9 to 12, comprising a step. タンク(22)の充填に先立って、又は、充填を開始するときに、移送ラインを冷却するステップを備えることを特徴とし、前記移送ラインは、前記蒸発ユニット(6)を通過する比較的高温のガスと、前記バイパスブランチ(13)を通過する比較的低温のガスとの間の相対的な分配を管理することによって、場合によっては、これに加えて、前記バッファ貯蔵装置(9、10)のセットから到来する比較的高温のガスの量を管理することによって制御される定められた温度でのガスの移送を含むものである、請求項9から13のうちのいずれか1項に記載の方法。   Cooling the transfer line prior to or at the beginning of filling of the tank (22), characterized in that the transfer line is relatively hot and passes through the evaporation unit (6). By managing the relative distribution between the gas and the relatively cold gas passing through the bypass branch (13), possibly additionally, the buffer storage device (9, 10) 14. The method according to any one of claims 9 to 13, comprising transferring the gas at a defined temperature controlled by managing the amount of relatively hot gas coming from the set. 前記移送ラインを冷却するステップは、前記蒸発ユニット(6)と前記バイパスブランチ(13)との間の前記分配弁の開口を制御することによって、加えて、場合によっては、「開ループ」(「フィードフォワード」)タイプ制御にしたがって、および/または、前記移送ラインにおいて測定された温度に基づいた制御ループにしたがって、前記バッファ貯蔵装置(9、10)のセットによって提供される追加のガス流量を制御することによって、実行されることを特徴とする、請求項14に記載の方法。   The step of cooling the transfer line is controlled by controlling the opening of the distribution valve between the evaporation unit (6) and the bypass branch (13), and in some cases also an "open loop" (" Feed forward)) controlling the additional gas flow provided by the set of buffer storage devices (9, 10) according to type control and / or according to a control loop based on the temperature measured in the transfer line. The method of claim 14, wherein the method is performed by: 前記移送ラインを冷却するステップは、冷却されるべき前記移送ライン中で制御される定められた温度で移送されるガスを回収するためのユニットに向けて、又はその外側に向けてフラッシングするステップを備えることを特徴とする、請求項14または15に記載の方法。   The step of cooling the transfer line comprises flushing to or out of a unit for collecting gas transferred at a controlled temperature controlled in the transfer line to be cooled. The method according to claim 14 or 15, characterized in that it comprises:
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